自然保护地管理平台设计与实践探索_谷洁.pdf

引入智能化、一体化管理体系，以省级自然保护地管理为研究案例，探索自然保护地的综合信息化管理，研究自然保护地多类型、多数据库的标准化建设和融合管理，分析自然保护地不同数据类型特点。根据自然保护地的管理需求，研建数据、资源、监测、管理等 4 个独立模块系统组成的自然保护地管理平台，从技术上解决多部门、多类型数据的传统管理、数据更新等问题，从管理上理顺自然保护地设立、调整、撤销以及建设项目等工作的线上流程，从应用上实现单个平台对自然保护地多方面、多角度的综合管理，有力支撑了自然保护地的智慧化、便捷化管理，提升了自然保护地的综合管理水平。构建的平台适用于省级自然保护地管理，可推广至各省级自然保护地管理部门使用，以推进我国以国家公园为主体的自然保护地体系建设管理的发展。关键词:自然保护地;管理平台;数据管理;资源管理;监测数据中图分类号:X36;TP393文献标识码:A文章编号:1002 6622(2023)02 0036 07DOI:10 13466/j cnki lyzygl 2023 02 005收稿日期:2023 01 29;修回日期:2023 03 23基金项目:国家林业和草原局西北调查规划院科技创新项目(XBY-KJCX-2021-2)作者简介:谷洁(1988 )，女，河北冀县人，工程师，主要从事自然保护地规划设计和调查监测评估、自然保护地管理新技术应用、3S 技术在资源监测评估中的应用等工作。Email:通讯作者:刘楠(1984 )，男，陕西西安人，高级工程师，主要从事国家公园、新型自然保护地体系构建等方面的研究工作。Email:178652232 Discussion on the Design and Practice of Natural ProtectedArea Management PlatformGU Jie1，2，LU Qiuling1，2，HU Xuyao1，2，LIU Huxiang1，2，LIU Nan1，2(1 Northwest Surveying and Planning Institute of National Forestry and Grassland Administration，Xian 710048，China;2 Key Laboratory ofNational Forestry Administration on Ecological Hydrology and Disaster Prevention in Arid egions，Xian 710048，China)Abstract:The study introduced an intelligent and integrated management system，took the management ofprovincial natural protected areas as a case study，explored the comprehensive information management ofnatural protected areas，studied the standardized construction and integrated management of multiple typesand databases of natural protected areas，analyzed the characteristics of different data types of naturalprotected areas，and developed the natural protected areas management platform consisting of fourindependent module systems of data，resources，monitoring，and management according to the managementneeds of natural protected areas This platform technically solves the problems of traditional managing anddata updating of multiple data types in various departments，organizes and streamlines the online processof the establishment，adjustment，revocation，and construction projects of natural protected areas，and第 2 期谷洁等:自然保护地管理平台设计与实践探索realizes the comprehensive management of natural protected areas from multiple perspectives by a singleplatform，which supports the intelligent and convenient management of natural protected areas andimproves the comprehensive management level of natural protected areas The built platform is applicableto the management of provincial natural protected areas It can be extended to the managementdepartments of natural protected areas in all provinces，promote the development of the construction andmanagement of the national park-based natural protected area system in ChinaKey words:naturalprotected area，managementplatform，datamanagement，resourcemanagement，monitoring data0引言目前，我国已建立 10 余种各级、各类自然保护地1，数量众多的自然保护地在维护国家生态安全、保护生物多样性、保存自然遗产和改善生态环境质量等方面发挥了重要作用。但长期以来，各类型的自然保护地存在边界不清、数图不符、管理不顺等问题，不利于建立以国家公园为主体的自然保护地体系。党中央、国务院对建立以国家公园为主体的自然保护地体系高度重视。2019 年 6 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见(以下简称 指导意见)，对建立以国家公园为主体的自然保护地体系进行了全面部署，统一管理自然保护地，建立统一调查监测体系，建设智慧自然保护地 2。利用物联网、云计算等科技手段构建自然保护地智能化管理体系，成为自然保护地管理的发展趋势，建设智能化自然保护地综合管理平台成为必然。目前，自然保护地传统管理方法效率较低，保护地的数据以及保护地内的各项资源数据，多数通过 ArcGIS 软件查看处理;保护地内的各项监测数据和指标参数，只能通过线下采集数据处理后利用图表显示;保护地范围边界调整、项目申报等，需要各地方申报单位提交纸质材料到厅局，厅局将反馈意见下发地方，申报单位修改材料再提交，日常管理工作时效性较低。自然保护地数据不能在线图面化查询并显示，监测数据和资源数据不能动态查询，日常管理工作的进度无法实时掌握。随着数字化、智能化的发展，移动互联网、物联网、云计算等新技术在各个领域的应用不断深入发展，数字化向智慧化转型成为趋势，自然保护地的信息化、智慧化建设成为发展新模式。坚持强化科技赋能、数字赋能，打造一体化管理平台，可以有效提高自然保护地管理水平3。自然保护地智能化建设管理是形势所驱，保护地智慧化管理建设，标志着自然保护地管理发展进入新时代。鉴于此，本文基于云技术、物联网、3S 技术等新技术，以数据平台为基础，充分应用各类数据，构建统一标准化的自然保护地管理平台，实现自然保护地数据、资源、监测、管理一体化管理，以达到自然保护地管理工作全过程信息化和可视化管理的目的。1平台建立背景和意义推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设，是贯彻习近平生态文明思想的重大举措，是落实党的二十大重大改革任务的重要部署，是深入推进党的二十大精神的具体行动。我国 1956 年建立第一个自然保护地，经过 60 多年的发展，已建立了数量众多、类型丰富、功能多样的自然保护地，持续完善了自然保护地的建设和管理2。自 2019 年以来，建设智慧自然保护地多次在国家政策文件和相关规划中提及。随着自然保护地逐步推进发展，自然保护地从“数字林业”向“智慧林业”转变，建立统一调查监测体系，逐渐形成智慧化管理，依托平台和大数据，运用云计算、物联网等信息化手段，加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用，全面掌握自然保护地生态系统构成、分布与动态变化，及时评估生态风险2，建立以内容与数据为核心价值的大数据管理库，构建自然保护地智能化管理平台成为必然趋势。建设自然保护地平台是摸清自然保护地家底73林业资源管理第 2 期的有力支撑。从 2019 年指导意见 中明确指出我国到 2025 年初步建成以国家公园为主体的自然保护地体系以来，全国开展自然保护地整合优化工作2，各省级行政单位对本区域内的自然保护地进行了全面的摸底调查和系统梳理，但现有的自然保护地平台不能实现实时查询、在线比对演示、保护地历史沿革寻迹等功能。本文的自然保护地管理平台研建，可实现自然保护地实时图面化查询查看管理、范围边界管理、历史数据查询等功能。建设自然保护地平台是实现自然保护地资源动态监测的必然发展方向。对各项资源数据，省级单位会根据不同数据要求、部门需求进行年度变更，但是自然保护地内的数据若不能及时同步更新，则无法掌握保护地内各项资源数据的年度变化情况。自然保护地平台可以实现自然保护地内的资源数据年度更新、监测数据及时补充最新、多年度监测数据纵向对比、多类型数据横向比对，实现资源数据、监测数据的动态查看，实时管理。建设自然保护地平台是自然保护地管理发展的时代趋势。目前，自然保护地的基础管理还停留在传统管理层面，保护地的范围边界功能区数据、资源数据以及建设项目等的管理都是由专人单线负责，无法实现实时调取。本文的自然保护地管理平台研建，可实现自然保护地边界范围、自然资源等各项数据的实时查看，保护地监测数据的实时查询，保护地内建设项目基本情况的实时了解;可最大程度地实现自然保护地的智能化管理;可节约大量人力物力，提升保护地管理水平。2平台建设目标以自然保护地数据可视化、项目管理监管一体化为原则，以自然保护地各类数据、日常工作在线管理为研究目标，更好地满足自然保护地管理部门的需求，解决自然保护地便捷管理的问题，完成传统化管理到智能化管理的转变，使用信息技术为自然保护地管理及体系智能化建设提供服务支撑。通过自然保护地管理平台的研建，实现自然保护地数据在线管理、图形查看、方案对比、资源数据查询、监测数据比较、建设项目管理等日常工作线上处理，提高自然保护地管理的有效性和便捷性，以及数据更新的时效性和综合管理能力，从而推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设工作。3平台建设内容自然保护地管理平台由数据、资源、监测、管理等 4 个独立模块即 4 个独立系统组成。“数据”模块针对自然保护地基础信息、空间地理信息、自然保护地整合优化前后变化信息等进行记录整理和统计管理;“资源”模块针对自然保护地内的土地资源、林地资源、湿地资源等自然资源，以及历史遗迹、建筑设施等人文资源进行实时查询管理和数据管理;“监测”模块针对保护地内的自然资源、生态系统、生物多样性、人为活动等进行综合监测数据管理、数据统计分析;“管理”模块针对自然保护地的设立调整、涉及保护地的各类项目、督查宣教管理等工作提供智能化管理支撑。3.1“数据”模块研建以 2019 年至 2022 年自然保护地整合优化前后数据为基础，将整合优化前落界的范围、功能区数据，整合优化后的范围、功能区数据，自然保护地功能区调整数据，调入、调出数据，以及矛盾问题数据等8 类数据组成“数据”模块的基准数据库。将多个数据库聚合在该模块系统上，便于用户查询单体自然保护地的调整情况，梳理自然保护地变化的整体情况，实现保护地数据整体统一的便捷化实时查询。3.2“资源”模块研建将自然保护地内土地资源、林地资源、草地资源、湿地资源、动植物资源、其他基础资源数据，以及生态系统、自然景观、自然遗迹等资源数据集合，形成自然资源数据库;将历史遗迹、建筑设施、园林景观等数据合库，建成人文资源数据库。自然资源数据库和人文资源数据库进行分类型合一建库。在该模块系统下，实现保护地内多类型资源数据在统一底图上分层显示，实现单项资源数据实时查询和多类型资源数据叠加分析的功能。3.3“监测”模块研建对自然保护地内近几年的自然资源监测、生态系统监测、生物多样性监测、生态环境综合监测等83第 2 期谷洁等:自然保护地管理平台设计与实践探索各类监测数据进行统一建库，建立各类型分项监测数据纵向对比统计汇总数据集。将近几年的各类型监测数据进行图面化、数据化显示，并将各类数据纵向图形化对比，直观表示各年度监测数据的变化情况、变化趋势，以及变化图斑的情况。3.4“管理”模块研建围绕自然保护地内的各项管理工作进行该模块的研建。管理内容包括:自然保护地的设立新建、范围功能区调整、撤销等工作的申报、审核、审批管理;涉及到自然保护地的各类项目，如调查、监测、保护修复、线路穿越等项目的申报、审核、审批管理;保护地内的督查点位整改管理、宣教活动管理等。通过对上述保护地内各项管理工作的梳理，研建该模块，实现自然保护地从申请到审批的全流程化管理。4主要技术路线自然保护地管理平台是建设集自然保护地范围功能区基础数据实时查询、资源数据年度更新查看、监测数据纵向对比和日常管理工作在线处理于一体的综合信息管理平台。平台技术设计如图 1 所示。收集保护地各类数据，依据自然保护地基础数据、整合优化数据、资源数据、监测数据和管理数据的建库规范标准，对收集的各类型数据进行分析处理、逻辑检查。依托 Oracle 11g 数据库平台支持的SDE 空间数据库，对处理后的标准数据进行统一入库;通过ArcGIS Server 平台，将数据发布为地图服务。图 1技术路线Fig 1 Technology roadmap自然保护地管理平台能够引用加载所发布的服务，实现对数据的浏览、查询、统计、更新等功能，其中更新操作可以按照数据库组织和内部循环方式，在数据发生更新时，将新数据再次提交入库及发布流程，完成数据汇交更新，以便平台中展示分析所使用的为最新数据。4.1采用 Oracle 11g 作为数据库平台Oracle 11g 数据库管理系统支持大数据库、多用户的高性能事务处理，遵守数据存取语言、操作系统、用户接口和网络通信协议的标准，具有安全性和完整性控制，支持分布式数据库和分布处理，具有可移植性、可兼容性和可连接性等优点4。自然保护地数据包括范围功能区基础数据、资源数据、监测数据、日常管理数据等。可见，不但有大量的属性数据，还有大量的空间数据，具有数据量巨大、结构复杂、格式不统一等特性。采用 Ora-cle 11g 数据库作为自然保护地数据的管理平台，其数据管理功能符合自然保护地海量空间信息存储的要求，同时还可较好地完成空间图形与属性一体化、矢量和栅格一体化的存储，实现空间海量数据的管理。4.2采用 ArcGIS 软件作为 GIS 平台ArcGIS 平台是自然保护地管理平台的重要支撑平台。ArcGIS 在 ESI 的基础上，全面整合了 GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算功能，支持海量数据存储，运行速度快，性能稳定，适合在 Web 计算机框架中建立服务器端的 GIS 应用，满足平台数据量大、集中管理应用的技术要求，符合自然保护地平台建设需求5。平台选用 ArcGIS 10.2 版本，利用其全面、完善、可伸缩的特征，支撑空间数据的海量存储、编辑和管理。随着数据的更新、数据量的不断增长，利用 ArcSDE，Oracle 11g 来实现空间海量数据的管理，采取有效策略和方法，对数据物理存储、数据索引、数据压缩、空间数据引擎、数据提取、数据缓存以及显示等一系列关键技术进行优化创新，提高海量空间数据的查询、浏览和调用速度6。4.3基于 B/S 架构模式构建自然保护地管理平台采用 B/S 架构模式构建，93林业资源管理第 2 期通过 Web 浏览器即可访问系统，并基于 WebGIS 技术实现图形辅助审查功能。自然保护地管理平台通过 ArcGIS Sever 将 GIS 系统丰富的空间浏览、空间查询、空间分析及属性管理功能进行 Web 发布，将图形信息和工作流程、业务管理等应用完全融合，实现图文一体化。自然保护地管理平台的“数据”、“资源”、“监测”模块系统还提供多种方式的图形数据展示、查询、分析等 GIS 服务，更好地实现自然保护地平台的图文交互。5自然保护地管理平台设计和实现5.1总体框架研究省级自然保护地智能化管理技术方法，以保护地数据、资源、监测、管理等 4 个模块为研究点，分别建立各模块基础数据库;形成自然保护地内保护地数据一张图管理，资源数据多库合一管理，监测数据纵向统一对比管理，设立调整、撤销以及各类型项目全流程管理;实现自然保护地从基础数据到资源管理、监测数据年度变化到各类项目审批的全过程智能化管理。自然保护地管理平台总体框架设计分为数据层、支撑层、应用层(图 2):1)数据层。为整个应用系统提供数据支撑。将各类型数据收集整理后，按照自然保护地基础数据库、变化数据库、资源数据库、监测数据库、管理数据库等归类入库，根据各个模块的不同功能设置，调用相应的自然保护地空间数据服务，为支撑层的各项技术提供数据保证。2)支撑层。是构建自然保护地管理平台的基础性架构，起着承转作用。该层级以数据层中的各项数据库为基础支撑，通过各类型数据共享和交换平台，经协议适配、数据转换，对应用层提供海量数据访问、分析计算、信息展示、瓦片在线发布等服务7，并将自然保护地管理平台功能中的各种功能流程构成服务总线，最终实现为应用层提供服务。3)应用层。直接面向用户使用的应用系统。通过数据、资源、监测、管理等 4 个模块的实现，用户在应用系统中发出功能请求，触发支撑层中相应的服务总线，进而将结果返回前台，实现对分析结果的界面展示。自然保护地管理平台由数据层、支撑层、应用层构成总体架构，由安全保障体系、规范标准体系和运维管理体系构建平台标准体系。图 2总体框架设计Fig 2 The design of overall framework5.2数据库框架设计自然保护地管理平台各模块系统利用基础和变化数据、资源数据、监测数据、管理数据以及管理附件信息构建基础空间数据(图 3)。其中:基础和变化数据、资源数据、监测数据和管理数据以地图服务方式存储，通过发布的服务链接可获取所有与要素关联的属性信息，形成属性数据库;管理附件信息以文件的形式录入并存储在服务器上设定好04第 2 期谷洁等:自然保护地管理平台设计与实践探索的文件位置，作为系统的文件数据库。自然保护地管理平台通过服务加载的方式将属性数据库引入，通过与服务器的数据析取和传输流程读取对应的文件信息，将入库的数据应用于系统功能之中，构建完善闭环的平台数据库框架。图 3数据库框架设计Fig3 The design of database framework按照自然保护地管理平台研建的数据库规范和流程，可实现不同来源、不同格式、不同类型、不同空间参考的数据集合统一处理，建设标准化数据库。依据不同的模块系统要求，分别建立不同类型的标准数据库，来规范数据库，并整理基础数据，待处理检查后按标准入库。通过自然保护地管理平台在各模块系统上发布数据，为系统提供数据资源服务，并根据数据库组织和内部循环进行数据更新。“数据”模块的数据库为便于查看管理，分为 3层:第一层为底图层，即遥感影像数据层;第二层为基础层，即自然保护地基础数据层，包括现状自然保护地范围、功能区数据;第三层为对比层，即自然保护地数据变化层，包含自然保护地整合优化前后的范围、功能区数据，功能区变化数据，保护地调入、调出数据以及矛盾问题数据等。3 层数据按照数据结构统一管理，并通过建立索引进行相互关联，进行统一对比。“资源”模块的数据库分为 2 层:第一层为底图层，即遥感影像数据层;第二层为专业层，即保护地内自然资源数据层。第二层中，不同类型的自然资源数据共同组成了自然资源数据框架体系，利用专业层数据建立数据支撑体系，资源数据基本上 1 4 年更新一次。按照年度更新数据，完成各项资源数据的年度更新，实现资源数据的全生命周期管理，形成具有时效性和权威性的自然保护地资源数据库。“监测”模块的数据库分为 2 层:第一层为底图层，即遥感影像数据层;第二层为专业层，即为监测数据层。第二层是由不同类型监测数据组成，包含林地、草地、湿地、生产生活用地监测数据，以及生态系统监测数据。利用专业数据构建监测数据体系，后期与生态定位站、科研院校进行合作，每年可更新各类型的监测数据，实现监测数据的全周期管理，多年度监测数据的纵向对比和各类型监测数据的横向比对。“管理”模块将自然保护地的设立调整管理、涉及保护地的基础项目及建设项目管理、政策文件管理、负面清单管理等不同类型的管理工作，按照申报审核审批工作流程进行管理，并通过业务流程形成自然保护地全过程管理，以掌握自然保护地各项管理工作的进展情况。5.3数据库内容设计梳理自然保护地现状、整合优化后的边界和功能区数据，以及自然保护地的各类型资源数据、监测数据等，根据不同模块需求，建立标准字段数据库，规定字段类型、字符长短等，构建数据全生命周期管理数据库。原则上保留各库独有字段，各库相同的字段统一建立标准字段。5.4平台建设和应用自然保护地管理平台基于数据空间管理技术和 B/S 架构建立，将空间数据库中的数据发布到平台，实现自然保护地数据、资源、监测、管理的年度数据更新和统一管理，为自然保护地的多项单线操作提供综合信息化管理服务。“数据”模块。通过访问自然保护地不同图层信息，提供对自然保护地的矢量数据进行分层查看、属性查询、基本数据统计、对比分析等功能，可以掌握省级行政区内自然保护地空间分布情况、自然保护地现状，即整合优化前和整合优化后的对比情况，各类型自然保护地空间分布特点。该模块系统分为大屏页面和主页面:在大屏页面上，能实时展示最新的保护地整合优化数据的统计信息，如省14林业资源管理第 2 期级行政区内保护地整合优化前和整合优化后的保护地个数、面积信息，还能以柱状图、列表方式查看区域内各市的保护地整合优化前后的对比，以了解掌握省级行政区内自然保护地整合优化情况;主页面可进行分类型、分级别以及单体自然保护地数据的分层查询、整合优化前后的对比查看，以及保护地基础资料附件上传查看操作等功能。权限设置是根据不同级别的用户来设置数据访问权限，各级用户只能看到本级及以下级别权限的数据，且只能对本级的数据进行附件上传操作。权限设置是在保证数据安全性的基础上完成数据共享。“资源”模块。通过访问自然保护地各类资源数据信息，对自然保护地各类型资源数据进行查看、查询，进而掌握省级行政区内自然保护地不同资源的空间分布特点。该模块系统为主页面显示。在该页面上，可以查看保护地内不同类型资源数据的空间分布。支持多种数据查询方式，可按照行政区域查询，也可按照自然保护地名称、不同资源类型、图面位置、任意点选来进行查询。“监测”模块。通过访问该模块，可获取自然保护地不同类型监测数据，以及不同年度的同类型监测数据的空间分布情况。该模块系统为主页面显示。主页面显示自然保护地内不同类型监测数据的空间分布，并通过数、表、图的方式，横向对比查看自然保护地内不同类型监测数据分布特征，纵向对比同类型监测数据不同年度的空间分布特征。“管理”模块。通过对自然保护地设立调整撤销、保护地内项目、涉及保护地建设项目等进行流程化管理，明确各项流程需要填报的基本信息和需要提交的资料，形成填报表单，由填报人员进行填写，完成后提交;由审核人员进行在线审核，形成审核意见，即修改后上报或同意上报;最终提交审批人员进行审批。项目管理实现全流程在线管理、进程查询。6结论和讨论6.1结论自然保护地管理平台的研建，解决了自然保护地多部门、多类型数据繁杂的管理查询问题，解决了保护地内各类型监测数据多年度纵向对比的多个数据库不协调一致的问题，解决了自然保护地各类型项目传统的单线管理问题。自然保护地管理平台将自然保护地管理带入了新的全周期全流程的动态管理新阶段，为自然保护地“一张图”式 的管理提供了高效、实用的综合智能化管理平台。本文研建的自然保护地管理平台针对性强、适用性好，可以为省级乃至全国自然保护地的统一管理提供有效的借鉴和经验。6.2讨论本文的自然保护地管理平台研建，贯彻落实了指导意见 精神，大力提升了自然保护地管理的现代化水平，有效解决了自然保护地各类型数据不统一、长期监测不整合、日常管理繁杂等问题。自然保护地管理平台中数据的生命周期模式适用于所有数据，但每项数据需要根据不同数据的周期进行调整更新，不可一概而论。自然保护地管理平台不只为管理者提供便捷化的数据空间分布查询方式，更为保护地涉及的各类型项目提供全过程智能化管理。去纸化、网络化的高效管理方式，大大提高了保护地日常管理工作的效率。参考文献:1 赵智聪，彭琳，杨锐 国家公园体制建设背景下中国自然保护地体系的重构 J 中国园林，2016，32(7):11 18 2 新华社 中共中央办公厅 国务院办公厅 关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见 EB/OL (2019 06 26)2022 12 07 http:/www gov cn/zhengce/2019 06/26/content_5403497 htm 3 胡侠 构建高质量自然保护地体系 建设高品质生态文化经济 在浙江省自然保护地联合会成立大会上的讲话提纲J 浙江林业，2022(9):4 5 4 苏文，郭学兵 CEN 生态站动态监测数据库管理系统研究进展J 资源科学，2002，24(1):94 95 5 Tran Phong-vu，何锦峰，Pham Thi-mai 越南 Ha Nam 省近十年来土地利用变化研究 J 重庆交通大学学报:自然科学版，2011，30(5):1022 1026 6 林芳 探索自然资源大数据“聚、管、用”体系的构建J 自然资源管理，2019(11):13 18 7 生海迪，孙振喜，孙文胜，等 自然保护地整合优化管理系统设计与实现 J 信息技术与信息化，2021(9):120 12324